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《穿越计算机的迷雾》

时间:2023-08-25 14:37:00 三极管bc546to二灯丝继电器

目录

    • 写在前面
    • 第三章,如何用机器加法?
    • 电子计算机发明前夜第四章
    • 第五章从逻辑学到逻辑电路
    • 六、加法机的诞生
    • 七、会变魔术的触发器
    • 八、学生时代的马灯
    • 九、计算机时代开路先锋
    • 十、用机器做一连串的加法
    • 十一、

注:本文用于记录穿越过程中新理解的知识。

写在前面

这本书幽默易懂,太适合现阶段的我了。

用词用句总是给我一种读英译书的错觉。这是英国传统幽默文学~读着总是笑出来。

同时,通过这本书,我大致学到了很多其他相关的知识,重点记录了以前一点知识,现在很多知识点都很清楚。

第三章,如何用机器加法?

全加器和半加器的区别在于输入而不是输出(P34)

半加器只有两个输入,只考虑加数和加数,产生和进位。
全加器的三个输入是该位置的加数和加数,以及与下一位输入之一的低该位置的产生和进位。

电子计算机发明前夜第四章

  1. 电报工作原理(P43):
    image.png
    开关关闭合,电路内有电流、电磁、磁铁产生磁场吸引凝聚力,反复操作开关,可发送点、线信息。

  2. 继电器原理(P45):

    用金属触点代替弹簧,产生磁场时,吸引衔铁璧与金属触点连接,形成下一电路开关,实现远程传输。

  3. 磁生电原理(P46):导体在磁场中切割磁感线。

  4. 火花电磁波发生器的原理(P57):

    打开电源,产生磁场吸引k开关,断开电路,磁场消失k恢复,电路再次打开产生磁场,重复。
    L1升至极高电压,使其达到极高电压Q1,Q2持续放电。

第五章从逻辑学到逻辑电路

  1. 概念:一种思维活动,每件事都有独特的属性或基本属性,不同于其他事物,反映在我们的大脑中,是概念。

  2. 同样:逻辑要求概念和命题必须在单独的抽象思维过程中保持一致。
    若违反同一律,就会出现偷换概念、偷换命题或混淆概念等错误。

  3. 归纳推理:结论是基于对以往情况的归纳。

  4. 联言命题:两个小命题(联言支)结合在一起形成更大的命题。
    若所有支命题位真则推理结论为真,若推理结论为真,则所有支命题为真。

  5. 选言推理:支命题关系松散,有选择意义。

    1. 如果一个支命题是假的,其他支命题至少有一个是真的。
    2. 已知支命题的一部分是真的,不能推出支命题的另一部分。
    3. 相容选言推理:支命题不排斥,可同时为真;不相容选言推理:只有一个支命题为真。
    4. 在选言命题真实的前提下,必须进行相容的选言推理。
    5. 在不相容的选言推理中,所有的命题都不允许为0或1。
  6. 逻辑电路

    1. 非门的原理(P82):带电源的继电器。

    2. 异或:!AB A!B;F=A⊕B

    3. 每个门电路一端接同一电源,另一端接地。

    4. 莎士比亚电路(这很有趣!
      To be or not to be?
      It’s a question.

六、加法机的诞生

逻辑表达式简化:
S=!A!BC !AB!C A!B!C ABC
=!A(!BC B!C) A(!B!C BC)
=!A(B⊕C) A(B⊙C)
=A⊕B⊕C

C0=!ABC A!BC AB!C ABC
=C(!AB A!B) AB(!C C)
=C(A⊕B) AB

根据下图所示公式可化简上述逻辑表达式:

七、会变魔术的触发器

  1. 电子二极管(P105)

    灯丝通电,加热增加了灯丝附近的金属温度,从而在真空中发射电子,从负极流向正极;相反,金属靠近灯丝一侧,电流消失,因为逆风不能工作。
    为了容易理解,我们举个例子。
    将电压大小与风力大小进行比较。极性和准确性是电子运动的方向。它总是从负极流向正极。将阴极和阳极两块金属板与两棵树进行比较,活动电子与树上的叶子进行比较,电流大小为叶子数量。
    靠近灯丝一侧的树木,由于高温,叶子老化活跃,风一吹就掉了。打开电源,风从负极吹到正极,所以阴极叶飘到阳极,形成回路,风越大,叶越快,阴极叶越多(发射能力强),阳极叶越多(吸收能力强);
    交换极性后,图中的阳极接负,图中的阴极接正,风从负极吹向阳极。阳极树上的叶子在掉下来之前就被吹回了树上。阴极树收不到叶子,不构成回路,所以没有电流。

    这是二极管的单向导电原理。
    接正极的金属片变成阳极,接负极的金属片称为阴极。

  2. 电子三极管(P107)
    书中没有详细说明电子三极管的原理。通过网上搜索和以上对二极管的理解,对三极管原理的理解如下:

    在二极管的基础上,可以增加栅极控制电子流量。也就是说,通过改变栅极上电压的大小和极性,可以改变阳极上电流的强度,甚至切断它(截止日期)。
    同时,三极管也有放大效果,也就是说,如果栅极上的电流稍有变化,阳极上的电流就会大大变化。
    同样,让我们举个例子(比方好惨),栅极就像在两棵树之间加了一个网,由于栅极的电源,两棵树和网之间的风(电压)是不同的。
    逐步解析:
    首先,树上的叶子数量应该大于网孔数量(制造三极管时,阴极自由电子的浓度应该大于网孔的浓度)。同时,网络应该很薄(网格非常薄),以确保大多数叶子能够络而不是堵塞孔。
    其次,根据图表,E的叶子吹向C,附着在网B上的一小部分堵塞了孔(IE=IB IC),改变BE在风(电压)之间,叶片的流量也会发生变化。(建议结合三极管输入输出特性曲线)风越小,附着在网上的叶子越多,达到C的叶子越少;风越大,叶子就越不容易粘在网上(但仍有一小部分),达到C的叶子就越多 。
    最后,孔的数量(IB)也在一定程度上决定了达到C的叶子数量(IC)多少。假设一个孔能穿过10片叶子,那么比例就是1:10,那么添加一个孔,便会得到孔的十倍大小的叶子量(增大一点点IB,会成倍放大IC)。
    此外,结合输入输出特性曲线,IB一定时,IC渐渐趋于直线,也就是说,孔的数量一定时,即便增大风力,C可接收的叶子数量趋于稳定,因为没有新的孔,没有多余的叶子可以接收。

    放大三级管的重点是,IC将IB放大,而不是IE。最终目的是通过栅极控制流量,通过改变一点栅极电源获得大电流,所以关键不是放大阴极电流。
    一开始我想逆转,重点是IE所以绕了很多弯。
    (tips:根据电路特性,Vc大于Vb,因此IC=-IB IE,所以IE=IB IC。)

  3. 触发器

    R闭合,S断开,非门作用下,Q不亮,反馈作用下Q=0,S=0,非门作用下,Q’=1,同样向上反馈,Q始终为0,断开R对Q不造成影响。
    此时,断开R,闭合S,R=0,S=1,Q’=0,Q=1.
    (1) 两个开关,闭一个断一个,Q与Q’相反;
    (2)两个开关都断开,Q与Q’保持原状态不变;
    (3)两个开关都闭合,Q与Q’都不亮(反馈失效)。

八、学生时代的走马灯

  1. R-S触发器

    两输入、两输出,通过非门使R,S始终相反,可保存1个
    比特,但不可永久保存。
  2. D触发器

    D控制数据,cp控制是否保存,cp为1保存比特,cp为0,保持原状态不变。
  3. 上升沿触发器

    脉冲上升沿触发,下降沿无效
  4. 寄存器:若干个触发器组合在一起,可以同时保存许多比特。
  5. T触发器:

    反复触发器,反复按动开关,灯泡会在亮灭间交替变化。

九、计算机时代的开路先锋

  1. 晶体二极管:本征半导体掺入硼、磷等原子。
  2. 发光二极管:本征半导体掺入砷、镓等原子。
  3. 晶体三极管:两边硼、中间磷,且具有放大效果。
  4. 计数器:多个触发器组合在一起,构成计数器。

    上升沿触发技术,当前一个触发器Q由1变至0,则产生进位Q’由0变为1,向后一个触发器传递上升沿脉冲,接收进位。

十、用机器做一连串的加法

  1. 完整的加法运算电路

    上图为五位二进制数加法运算电路,包含两个传输门GA、GB、寄存器RA、临时寄存器TR。
    工作方式:
    • 扳动开关,按住Kga将数据通过传输门GA传递至RA,按Kra将数据存至RA中,松开Kga。(该过程成为“装载”)。
      (此时,第一个数据同样被传输至加法器的另一个输入端机GB,但因GB并未打开,故不会形成反馈,从而造成混乱)
    • 扳动开关,按住Kga,将第二个数据传输至加法器的另一个输入端,加法器自动及时相加,输出结果。按下Ktr,将结果存入临时寄存器TR中,松开Kga。
    • 按住Kgb,将上一轮运算得到的结果传输至RA,按下Kra,存入数据,然后松开Kgb。
      (此时,该数据同样会传输至加法器另一输入端,并立即计算出结果,但并未存入TR中,故不会形成反馈)
    • 同理,扳动开关,将之后的数据依次通过GA传入加法器另一输入端,计算产生结果存入TR,再通过GB传入RA。
  2. 简化电路设计
    1. 工作状态:
      K装载闭合,K相加断开,进行装载,K0=1,则Iga=Ira=1,存入数据。
      K1=1,不做改变,输出全为0。
      K装载断开,K相加闭合,进行加法运算,K0=1,则Iga=Itr=1,得到结果。
      K1=1,则Igb=Ira=1,结果存入RA。
    2. 无效状态:
      K装载和K相加都闭合或断开,输出均为0。
      K1及K0都为0时,输出均为0。
    3. 该电路缺陷:
      设计电路时,寄存器RA须等待从GA来的数据稳定后再存入,因此,Ira应比Iga晚一点为1。
      而K0=1时,Iga与Ira几乎同时为1,因此,易造成数据混乱。
      同理,K相加闭合时,K1=1,Igb与Ira几乎同时为1,已造成数据混乱。
  3. 控制器

    工作状态:
    1. 闭合K装载,此时t0=1,Iga=1,Ira‘=1,而K断开,故Ira=0,因此Iga先Ira一步为1,数据被传至RA门口。
    2. 按下开关K,下降沿脉冲,t0无变化,而Ira=1,上升沿脉冲,RA将数据存。
    3. 松开K,上升沿脉冲,t0=0,t1=1,K装载闭合状态下,输出均为0。
    4. 再次按下K,下降沿脉冲,电路无变化,输出均为0;松开K,上升沿脉冲,回到最初状态,t0=1,Iga=1,Ira’=1,Ira=0。
      (以上为装载过程。)
    5. 断开K装载,闭合K相加,此时t0=1,Iga=1,Itr‘=1,而K断开,故Itr=0。数据通过传输门进入加法器另一输入端,并计算出结果送至TR门口。
    6. 按下K,RR下降沿脉冲,t0无变化,Itr=1,上升沿脉冲,TR将结果锁存。
    7. 松开K,RR上升沿脉冲,t0=0,t1=1,此时Igb=1,Ira’=1,Ira=0,数据传输至RA门口。
    8. 再次按下K,RR下降沿脉冲,无变化,而Ira=1,RA存入结果;松开K,再次回到初始状态,t0=1,Iga=1,Ira‘=1,Ira=0。

十一、

未完待续……

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